直流地电阻率观测由物探直流人工场源电阻率法借鉴而来，以研究岩石、矿石等地下介质电磁学、电化学性质为基础，分析震源及附近区域温度、湿度、压力等条件的改变导致地下介质电阻率随之发生变化的规律，提取地震前兆信息^[1-2]。

随着城市快速发展，陇南汉王地电观测场地受到各种干扰，难以满足地表地电阻率观测要求。为解决地电观测与当地经济建设用地的矛盾，最大限度减少地电观测人文干扰，提高地电观测数据质量，推广应用井下(井中)地震观测技术^[3]。2015年陇南汉王地电阻率由地表观测改为井中垂直观测，其观测方式将井孔中距地表 5 m和井下最底层作为供电极，将井中中间电极作为测量电极。由于近年观测场地受地表环境干扰较为严重，本文重新组合观测装置，舍弃地表 5 m电极，采用井中中间电极替代并进行观测实验。本文主要介绍实验内容及方法，并对实验结果进行对比分析。

1 井下地电阻率观测方法原理

地电阻率通过地下A、B电极向大地提供稳定的直流电流I，通过获取电位差ΔV计算电阻率ρ_s：

$ {\rho _s} = \frac{{RS}}{L} = \frac{{UMN}}{I} \cdot \frac{S}{L} = K\frac{{\Delta UMN}}{I} $

汉王地电阻率测区电磁环境复杂，布极方式采取非对称法。根据点电源法，物质中电荷运移方向为非直线电流束时，同样可通过MN获取供电电位差ΔV，计算得到电阻率ρ_s。该布极方法限于测区空间较小的台站，适用于短极距观测，需确保MN获取的供电电位差为AB供电时产生的电位差，或可称为非对称四极法。根据MN测量极与供电极的相对位置，具体可分为3种情况(图 1)：1)所有电极在一条直线上；2)某一个测量极与供电极在一条直线上；3)2个测量极均未与供电极在同一条直线上。

2 陇南汉王井下观测系统介绍 2.1 观测环境

陇南汉王地电阻率台位于碧口地块西北侧、松潘-甘孜地块东部及陇西盆地南面，地处南北地震带天水-武都-文县段，附近4 km内有左旋逆冲性质的迭部-白龙江断裂，西北有光盖山-迭山北麓断裂，东南13 km处有哈南-青山湾-稻畦子断裂，属于秦岭构造带转折地带，1879年武都南M8.0地震就发生在该台站附近。汉王地电阻率测区地形北高南低、西高东低，北靠山、南邻白龙江，由于风化及雨水作用，大量碎石和沙土瘀塞河道，形成冲洪积扇覆盖物，表层为碎砾石沙土，下伏为中上志留系碳硅质板岩、黄铁矿片岩及磁黄铁互层，测区位于磁异常区附近。

2.2 观测装置布设

汉王地电阻率观测仪器为ZD8MI地电仪，共钻8孔井作为观测使用，呈倒“4”字布极，最小井间距为18.2 m，最大井间距为96 m(图 2)，观测线路及电极均采用地埋方式，接地良好，外线路采用屏蔽绝缘铜线。布极共分为浅层5 m、中层62 m和深层155 m，其中主井孔7号井最深为225 m，其他7孔井均为155 m(表 1)。电极1~19号为JX-2010型地电井下观测专用电极，中层电极20~22号原为垂直电场测项电极，电极规格近似于JX-2010型深井专用电极，适宜深井使用。

3 井下地电阻率原测道资料分析

由于测区深层处于低阻层，视电阻率均为0.01~0.04 Ω ·m，不适用于地震地电阻率观测；浅层测量极与供电极均在地表较近，受测区环境干扰严重，对于提取地震异常信息有极大难度，因此原测道采取垂直观测。选取2016~2021年汉王井下地电阻率日均值进行对比分析，原测道布极参数见表 2。从图 3可以看出，井下地电阻率3道观测值曲线变化形态相似，均表现为冬高夏低的季节性变化形态，但NE测道与NS、EW测道变化幅度不一致，NE测道变化幅度明显高于其他2个测道。结果表明，观测资料变化幅度及年动态变化与电极埋深和极距大小有关，汉王台电测深曲线为AQ型曲线，在正常动态下井下3测道变化范围分别为±0.5 Ω ·m、±0.5 Ω ·m和±0.7 Ω ·m。

由于观测方式为垂向观测，汉王深井地电阻率的干扰因素十分复杂，影响测值变化的不仅有即时效应，随着雨水下渗、扩散及外围地区的补给汇集等过程，还存在一定的时间滞后效应。为探讨降雨对地电阻率的影响，选取日降雨量5 d累加值。通过分析发现，降雨量大于30 mm时测道浅层井孔6垂向、浅层井孔7垂向出现台阶式下降，浅层垂直平行测道出现急速下降；降雨量大于20 mm时NE测道出现台阶式下降，降雨是导致观测资料呈现冬高夏低形态的重要因素之一，同时不排除温度、压力等因素的影响。

为剔除观测资料中年变成分和其他周期成份，选用汉王地电阻率2015-06~2020-06数据进行傅氏滑动计算。NW、WE测道原始曲线年变明显，采用傅氏滑动方法处理后效果较好(图 4)。从图中明显看出，2016-06~2018-12数据持续上升，分别从29.9 Ω ·m上升至31.5 Ω ·m、24.0 Ω ·m上升至25.6 Ω ·m；2018-12~2020-06数据持续下降。2017-08之后数据上升幅度明显加速，可能与2017-07-17四川青川M_S4.9地震、2017-08-08四川九寨沟M_S7.0地震有关；2018-03数据上升幅度变缓，2018-09-12陕西宁强县发生M_S5.3地震；2019-08数据出现下降，2019-10-28甘肃夏河县发生M_S5.7地震。

4 实验测道数据变化特征 4.1 实验测道与原测道对比

正常观测入库的数据为井孔6和井孔7，均为垂直观测，但部分电极仍采用埋设距离地面5 m的电极。为抑制干扰，现放弃井孔6和井孔7中埋深5 m的2个电极(电极6和电极7)，启用中层电极与深层电极(井孔2中电极12、20，井孔3中电极13、21，井孔6中电极16、22)构建相对于原测道极距较短的3个垂向测道，同时利用最远的4个井孔及中间电极增设2个长极距测道，即利用中间电极增加5个分量的垂向观测进行对比分析(表 2)。

汉王测站不同观测实验以是否使用距离地表 5 m的电极分为2种观测方式，分别为浅层观测和中层观测，图 5(a)~5(c)及5(h)为中层观测，图 5(d)~5(f)及5(g)为浅层观测；根据供电与测量是否在同一条直线或同一侧可分为3种情况，a、b、d、g不在同一侧，c、f、h在同一侧，e在同一条直线上(图 5)。

相对于中层而言，浅层观测方式受降雨干扰较大，不易提取地震前兆信息；而深层观测方式能更好地屏蔽外界环境干扰，可反映来自地球深部的电磁信息变化。长极距NS与长极距EW45°测道观测数据在降雨时并未像短极距出现阶梯式下降，而是匀速下降，可反映大动态长趋势变化。

4.2 观测精度对比分析

当月精度计算公式可表示为：

$ {k_\sigma } = \frac{1}{d}\sum\limits_{i = 1}^d {\left[ {\left( {{{\bar \sigma }_i}} \right)/{{\left( {{{\bar \rho }_s}} \right)}_i}} \right]} $

式中，d为当月天数；σ_i为第i天σ均值；(ρ_s)_i为第i天ρ_s均值。观测精度计算结果见表 3，从表中可以看出，2020-12~2021-08中层井孔观测精度为0.001~0.006，浅层井孔观测精度为0.056~0.363，长极距观测精度为0.047~0.256。测量电极与供电电极在同一条直线上或同一侧的观测精度为0.001~0.210，不在同一侧的观测精度为0.003~0.363，在同一条直线上的观测精度为0.056~0.142.

研究结果表明，当供电电极或测量电极距离地表 5 m且供电电极与测量电极在同一直线上时，观测数据精度优于测量电极与供电电极不在同一直线的情况。原因可能为该布极方式类似于将地表四极对称装置竖直布设，获取的电位差更接近地下A、B电极向大地提供的电位差ΔV，更有利于捕获震源区及附近区域应力变化。

4.3 不同观测层受降雨干扰分析

相对于浅层观测，中层观测虽均为井下观测，但极距变小，距离地表更远。为统计降雨量与地电阻率在不同观测层的关系，选取降雨开始前3 h的整点值均值作为降雨前高值，降雨结束后转折点整点值作为降雨后低值，两者差值即为降雨过程对地电阻率的即时影响幅度^[4]。从图 6可以看出，相对于浅层观测方式，中层观测受降雨干扰明显减弱，屏蔽自然干扰的能力更强。

5 结语

井下中层观测方式在极距缩小、距离地面更远时能有效抑制测区离散电流对观测的影响，提高观测数据信噪比，并能有效抑制测区电性异常体产生的干扰，保障数据的长期稳定性^[5]。中层地电阻率抗干扰能力较强，特别是外界环境干扰，如降雨会对浅层地电阻率观测数据产生明显干扰；而中层地电阻率观测数据曲线波动幅度较小，数据相对平稳。傅氏滑动方法去除观测资料中年变成分和其他周期成分效果明显，有利于提取地震异常信息。